De estilo gótico, tiene planta rectangular con muros y contrafuertes, aunque sin aperturas. Presenta una cubierta dentada al exterior formada por bóvedas de crucería. El acceso se realiza mediante una puerta de medio punto que estaba precedida por un pórtico que actualmente ha desaparecido. Tampoco se conservan otras construcciones auxiliares que completaban el conjunto, como la sacristía o los establos.

En el interior, la ermita posee una sola nave de tres tramos y presbiterio. Se conservan dos claves de los arcos de crucería, representando una el escudo de Borja-Gil d’Oms y la otra a la Virgen con el Niño. La ermita de Santa Anna estuvo a punto de desaparecer para ser sustituida por un repetidor eléctrico, pero, afortunadamente, la presión popular y mediática paró esta iniciativa. En la década de los 80 del siglo XX el edificio fue restaurado, restituyendo su carácter arquitectónico singular.